JP2003151452A - イオン源 - Google Patents
イオン源Info
- Publication number
- JP2003151452A JP2003151452A JP2001351649A JP2001351649A JP2003151452A JP 2003151452 A JP2003151452 A JP 2003151452A JP 2001351649 A JP2001351649 A JP 2001351649A JP 2001351649 A JP2001351649 A JP 2001351649A JP 2003151452 A JP2003151452 A JP 2003151452A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- ion
- positive electrode
- magnetic field
- electrons
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
- H01J27/14—Other arc discharge ion sources using an applied magnetic field
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマ中ひいてはイオンビーム中に含まれ
る多価イオンの比率を向上させ、それによって多価イオ
ンの引き出し量を多くすることを可能にする。 【解決手段】 バーナス型イオン源と呼ばれるイオン源
に、正電極２６およびバイアス電源３２を付加した。正
電極２６は、プラズマ生成容器２内にそれから電気的に
絶縁して設けられていて、少なくとも磁界発生器１８に
よる磁界２０に沿う方向Ｘの両側およびイオン引出し口
４側（イオンビーム引出し方向Ｚ側）の合計３箇所に開
口部を有する。バイアス電源３２は、正電極２６にプラ
ズマ生成容器２に対して正のバイアス電圧ＶB を印加す
る。この構成によって、正電極２６によるプラズマ１４
中のイオンの押し戻し作用と、正電極２６によるプラズ
マ１４中の２次電子の吸引作用とを奏し、プラズマ１４
中の多価イオンの比率を高めることができる。
る多価イオンの比率を向上させ、それによって多価イオ
ンの引き出し量を多くすることを可能にする。 【解決手段】 バーナス型イオン源と呼ばれるイオン源
に、正電極２６およびバイアス電源３２を付加した。正
電極２６は、プラズマ生成容器２内にそれから電気的に
絶縁して設けられていて、少なくとも磁界発生器１８に
よる磁界２０に沿う方向Ｘの両側およびイオン引出し口
４側（イオンビーム引出し方向Ｚ側）の合計３箇所に開
口部を有する。バイアス電源３２は、正電極２６にプラ
ズマ生成容器２に対して正のバイアス電圧ＶB を印加す
る。この構成によって、正電極２６によるプラズマ１４
中のイオンの押し戻し作用と、正電極２６によるプラズ
マ１４中の２次電子の吸引作用とを奏し、プラズマ１４
中の多価イオンの比率を高めることができる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、磁界中におい
て、ガスを電子衝撃によって電離させてプラズマを生成
する電子衝撃型のイオン源に関し、より具体的には、引
き出すイオンビーム中に含まれる多価イオン（２価以上
のイオン。以下同じ）の比率を向上させる手段に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】電子衝撃型のイオン源には種々の方式の
ものがある。その一例として、特開平９−３５６４８号
公報には、磁界による電子の閉じ込めと反射電極による
電子の反射とを併用してプラズマ密度を高めるバーナス
型イオン源が記載されている。 【０００３】この種のイオン源から、２価以上の多価イ
オンを引き出して利用したいという要望がある。これ
は、多価イオンの場合は、１価イオンに比べて、同じ加
速電圧で価数倍（例えば２価イオンの場合は２倍）の加
速エネルギーを得ることができるので、高エネルギー化
が容易になる等の理由による。 【０００４】この種のイオン源において、多価イオンを
多く発生させるためには、通常、プラズマ中の平均電子
エネルギーを高める必要があり、そのために、（ａ）電
子閉じ込め磁場を強くする、（ｂ）プラズマ密度を上げ
る、または（ｃ）電子発生源からの１次電子のエネルギ
ーを高める、という手段が従来から試みられてきた。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上記プラズマ中の電子
は、電子発生源からの１次電子（そのエネルギーは、通
常は数十ｅＶ〜数百ｅＶ程度）と、当該１次電子が中性
ガスと衝突してそれをイオン化する際に放出される２次
電子（そのエネルギーは、通常は数ｅＶ〜十数ｅＶ程
度）とから成る。２次電子が更に中性ガスと衝突した際
に放出される電子（３次電子およびそれ以降の電子）
も、この明細書では一括して２次電子と呼ぶことにす
る。 【０００６】多価イオンの生成には、高いエネルギーの
電子が必要（例えば、２価イオン生成には数十ｅＶ以上
が必要）であるから、上記２次電子は殆ど寄与せず、殆
どは上記１次電子によって多価イオンが生成される。こ
れとは違って、１価イオンの生成には、多価イオン生成
ほどには高い電子エネルギーを必要としないので、上記
２次電子も大きく寄与する。 【０００７】ところが、上記（ａ）〜（ｃ）に示した手
段では、いずれも、１次電子だけでなく、２次電子も多
くなってしまうため、多価イオンを多く生成しようとす
ると１価イオンも多く生成されてしまい、イオン源から
引き出すイオンビーム中に含まれる多価イオンの比率は
殆ど向上しない。 【０００８】従って、多価イオンビーム量を多くしよう
とすると、イオンビーム電流全体を大きくせざるを得な
くなる。しかし、イオンビーム電流全体をあまり大きく
すると、イオン源の引出し電極系において、空間電荷効
果によるビーム電流制限や電極間における放電発生等の
不具合が発生するようになる。また、引出し電極系に引
出し電圧を供給する引出し電源に流れる電流も大きくな
るけれども、引出し電源の容量からそのような大電流を
出力することができなくなる。従って、イオンビーム電
流全体を大きくするには限界があり、そのような手段で
は多価イオンの量を増やすことは難しい。 【０００９】そこでこの発明は、プラズマ中ひいてはイ
オンビーム中に含まれる多価イオンの比率を向上させ、
それによって多価イオンの引き出し量を多くすることを
可能にすることを主たる目的としている。 【００１０】 【課題を解決するための手段】この発明のイオン源は、
ガスが導入されるものであってイオンビームを引き出す
イオン引出し口を有するプラズマ生成容器と、このプラ
ズマ生成容器内へ電子を供給して前記ガスを電子衝撃に
よって電離させてプラズマを生成する電子発生源と、こ
の電子発生源で発生した電子を前記プラズマ生成容器内
において閉じ込める磁界を発生させる磁界発生器と、前
記プラズマ生成容器内にそれから電気的に絶縁して設け
られていて、少なくとも前記磁界に沿う方向の両側およ
び前記イオン引出し口側の合計３箇所に開口部を有する
正電極と、この正電極に前記プラズマ生成容器に対して
正のバイアス電圧を印加する直流のバイアス電源とを備
えることを特徴としている。 【００１１】上記正電極およびバイアス電源を設けたこ
とによる主たる作用効果は、次の（１）および（２）で
ある。 【００１２】（１）正電極によるイオンの押し戻し作用 プラズマ生成容器内で生成されたプラズマ中のイオン
は、正電極の開口部以外の壁面では、正電極に印加され
る正のバイアス電圧によって、同極性であるから、プラ
ズマ側へ押し戻される。この押し戻されたイオンは、主
として電子発生源で発生した１次電子の衝突を受けて、
その価数が上がる。一般的に、ｎ価（ｎ≧２）のイオン
生成確率は、（ａ）中性ガスからｎ価イオンへの生成確
率よりも、（ｂ）ｎ−１価イオンからｎ価イオンへの生
成確率の方が遙かに大きい。このイオン源では、上記押
し戻されたイオン（即ち、既にイオン化しているもの）
を利用することによって上記（ｂ）の過程を効果的に利
用することができるので、多価イオンを効率良く生成す
ることができる。 【００１３】（２）正電極による２次電子の吸引作用 電子発生源で発生した１次電子は、磁界発生器による磁
界に捕捉されて当該磁界に沿って運動をして、その過程
で中性ガスと衝突してプラズマを生成する。この１次電
子は、前述したようにエネルギーが比較的高いので、１
価イオンの生成にも多価イオンの生成にも寄与する。 【００１４】上記のようにして生成されるプラズマの近
傍には、バイアス電源から正のバイアス電圧が印加され
る正電極が存在する。１次電子が中性ガスに衝突してイ
オン化する際に放出される２次電子は、前述したように
エネルギーが比較的低く、しかも飛び出す方向もばらば
らであるので、プラズマの近傍に正電極が存在すること
によって、正電極付近の２次電子は、異極性の正電極に
吸引される。従ってその分、プラズマ中に存在する２次
電子の量は少なくなる。ちなみに、電子発生源から発生
した１次電子は、指向性も比較的高く、かつ前記磁界に
捕捉されて磁界に沿って運動するので、１次電子が正電
極に吸引される割合は、２次電子に比べれば遙かに小さ
い。この割合をより小さくするためには、磁界発生器に
よる磁界をより強くして１次電子を当該磁界によってよ
り強く捕捉するのが好ましい。 【００１５】２次電子は、前述したようにエネルギーが
比較的小さいので、多価イオンの生成には殆ど寄与せ
ず、専ら１価イオンの生成にしか寄与せず、このような
２次電子の量が正電極の存在によって減ることによっ
て、その分、プラズマ中に生成される１価イオンは減る
ことになる。これは見方を変えれば、プラズマ中の多価
イオンの比率が相対的に高くなることである。 【００１６】上記（１）および（２）の作用によって、
プラズマ中の多価イオンの比率を高めることができ、ひ
いてはイオンビーム中に含まれる多価イオンの比率を向
上させることができる。その結果、イオンビーム電流
（イオンビーム引き出し量）全体を大きくしなくても、
多価イオンの引き出し量を多くすることができる。 【００１７】 【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオン源
の一例を示す断面図である。図２は、図１の線Ａ−Ａに
沿う拡大断面図である。図３は、図１中の正電極の斜視
図である。 【００１８】このイオン源は、簡単に言えば、公知のバ
ーナス型イオン源と呼ばれるものに、正電極２６および
バイアス電源３２を付加したことを特徴としている。 【００１９】詳述すると、このイオン源は、例えば直方
体状をしていて陽極を兼ねるプラズマ生成容器２を備え
ており、その内部にはプラズマ１４の生成用のガス（蒸
気の場合も含む）が導入される。このプラズマ生成容器
２のイオンビーム引出し方向Ｚ側の壁面（長辺壁）に
は、イオンビーム１６の引き出し用のイオン引出し口４
が設けられている。このイオン引出し口４は、例えばス
リット状をしている。 【００２０】プラズマ生成容器２の前記イオンビーム引
出し方向Ｚと直交するＸ方向の一方側の壁面（短辺壁）
内には、プラズマ生成容器２内へ電子（１次電子）７を
供給して前記ガスを電子衝撃によって電離させてプラズ
マ１４を生成する電子発生源として、この例ではＵ字状
のフィラメント６が設けられている。このフィラメント
６とプラズマ生成容器２との間は、絶縁物８によって電
気的に絶縁されている。なお、このＸ方向およびＺ方向
と直交する方向をＹ方向とする。 【００２１】プラズマ生成容器２のＸ方向の他方側の壁
面（短辺壁）内には、フィラメント６と相対向させて、
１次電子７を反射する対向反射電極１０が設けられてい
る。この対向反射電極１０とプラズマ生成容器２との間
は、絶縁物１２によって電気的に絶縁されている。この
対向反射電極１０は、この例のようにどこにも接続せず
に浮遊電位にする場合と、フィラメント６の一方端（例
えば、フィラメント電源２２の正極側端）に接続してフ
ィラメント電位にする場合とがある。 【００２２】プラズマ生成容器２の外部には、前記Ｘ方
向においてプラズマ生成容器２を両側から挟むように、
磁界発生器１８が設けられている。この磁界発生器１８
は、フィラメント６で発生した１次電子７を捕捉してプ
ラズマ１４の生成・維持の効率を高める磁界２０を、プ
ラズマ生成容器２内において前記Ｘ方向に沿って発生さ
せる。つまり、フィラメント６と反射電極１０との間を
結ぶ方向Ｘに沿って磁界２０を発生させる。但し磁界２
０の向きは、図示例とは逆でも良い。この磁界発生器１
８は、例えば電磁石である。プラズマ生成容器２内にお
ける磁界２０の強さは、この発明に係るイオン源ではあ
る程度強いのが好ましく、例えば１０ｍＴ〜５０ｍＴ程
度にする。 【００２３】フィラメント６には、それを加熱して１次
電子７を放出させるために、直流のフィラメント電源２
２から、直流のフィラメント電圧ＶF （例えば２〜４Ｖ
程度）が印加される。 【００２４】フィラメント６の一端とプラズマ生成容器
２との間には、両者間でアーク放電を生じさせるため
に、例えばフィラメント６を負極側にして、直流のアー
ク電源２４からアーク電圧ＶA （例えば４０〜１００Ｖ
程度）が印加される。 【００２５】上記のような構成に加えて更に、このイオ
ン源は、正電極２６およびバイアス電源３２を備えてい
る。 【００２６】正電極２６は、プラズマ生成容器２内に当
該プラズマ生成容器２から電気的に絶縁して設けられて
いる。この正電極２６は、少なくとも、前記磁界２０に
沿う方向（Ｘ方向）の両側および前記イオン引出し口４
側（イオンビーム引出し方向Ｚ側）の合計３箇所に開口
部２６ａ〜２６ｃ（図３参照）を有している。より具体
的には、正電極２６はこの例では、Ｘ方向の両側および
Ｚ方向の合計３面が開いていて、Ｙ−Ｚ平面における断
面が四角形をした四角い筒状、箱状または樋状をしてい
る。この正電極２６は、絶縁物２８によって電気的に絶
縁されてプラズマ生成容器２から支持されている。 【００２７】この正電極２６は、上記のような開口部２
６ａ〜２６ｃを有しているので、フィラメント６から発
生した１次電子７の運動、および、プラズマ１４からの
イオンビーム１６の引き出しを妨げない。即ち、フィラ
メント６から放出された１次電子７は、Ｘ方向の開口部
２６ａおよび２６ｂを通して、フィラメント６と反射電
極１０との間で磁界２０に沿って自由に往復運動させる
ことができ、それによってプラズマ１４を効率良く生成
することができる。また、イオン引出し口４側の開口部
２６ｃを通して、プラズマ１４はイオン引出し口４の近
傍にまで拡散することができるので、当該プラズマ１４
からイオン引出し口４を通してイオンビーム１６を効率
良く引き出すことができる。 【００２８】バイアス電源３２は、正電極２６に、プラ
ズマ生成容器２に対して（即ちプラズマ生成容器２の電
位を基準にして）正のバイアス電圧ＶB を印加する直流
電源である。正電極２６へは、この例では導体３０（図
２参照）を経由してバイアス電圧ＶB を印加する。この
バイアス電圧ＶB の大きさは、特に制限はないけれど
も、あまり大きくすると絶縁物２８等による電気絶縁が
難しくなるので、上は５００Ｖ程度が現実的である。下
は１Ｖからでも効果はある。従って、バイアス電圧ＶB
の大きさは、１Ｖ〜５００Ｖ程度の範囲内が好ましい。 【００２９】図４に、このイオン源における電位配置の
一例を模式的に示す。プラズマ生成容器２内に上記のよ
うなバイアス電圧ＶB が印加される正電極２６を設ける
と、プラズマ１４の電位は、ほぼバイアス電圧ＶB に相
当する電位になる。これは、プラズマは一般的に、当該
プラズマに近くて最も電位の高い導体の電位にプラズマ
電位が近づく性質を有しており、その導体がこの例では
正電極２６だからである。 【００３０】従って、このイオン源においては、実質的
なアーク電圧ＶS は、前記アーク電圧ＶA の向きを図示
のようにプラズマ生成容器２側を正にすると、次式で表
される。実質的なアーク電圧ＶS とは、１次電子７がフ
ィラメント６から放出されるときの当該電子７のエネル
ギーを決定する電圧のことであり、正電極２６およびバ
イアス電源３２を有していない公知のイオン源では前記
アーク電圧ＶA になる。なお、フィラメント電圧ＶF は
小さいのでここでは無視している。 【００３１】 【数１】ＶS ＝ＶB ＋ＶA 【００３２】但し、実質的なアーク電圧ＶS を確保する
ことができれば良いから、この発明に係るイオン源で
は、アーク電圧ＶA の向きを、図示例とは逆に、即ちプ
ラズマ生成容器２側を負にしても良く、その場合の実質
的なアーク電圧ＶS は次式で表される。この場合は、実
質的なアーク電圧ＶS を正に保つために、｜ＶB ｜＞｜
ＶA ｜にする。 【００３３】 【数２】ＶS ＝ＶB −ＶA 【００３４】上記正電極２６およびバイアス電源３２を
設けたことによる主たる作用効果は、次の（１）および
（２）である。 【００３５】（１）正電極２６によるイオンの押し戻し
作用 プラズマ生成容器２内で生成されたプラズマ１４中のイ
オンは、正電極２６の開口部２６ａ〜２６ｃ以外の壁面
では、正電極２６に印加される正のバイアス電圧ＶB に
よって、同極性であるから、プラズマ１４側へ（即ちプ
ラズマ生成容器２の中央側へ）押し戻される。この押し
戻されたイオンは、主としてフィラメント６で発生した
１次電子７の衝突を受けて、その価数が上がる。一般的
に、ｎ価（ｎ≧２）のイオン生成確率は、（ａ）中性ガ
スからｎ価イオンへの生成確率よりも、（ｂ）ｎ−１価
イオンからｎ価イオンへの生成確率の方が遙かに大き
い。このイオン源では、上記押し戻されたイオン（即
ち、既にイオン化しているもの）を利用することによっ
て上記（ｂ）の過程を効果的に利用することができるの
で、多価イオンを効率良く生成することができる。 【００３６】（２）正電極２６による２次電子の吸引作
用 フィラメント６からは磁界２０の方向Ｘに沿う方向に１
次電子７が多く放出される。この１次電子７は、磁界発
生器１８による磁界２０に捕捉されて当該磁界２０に沿
ってＸ方向に運動して、その過程で中性ガスと衝突して
プラズマ１４を生成する。この１次電子７は、前述した
ようにエネルギーが比較的高いので、１価イオンの生成
にも多価イオンの生成にも寄与する。 【００３７】上記のようにして生成されるプラズマ１４
の近傍には、公知のイオン源と違ってこのイオン源で
は、バイアス電源３２から正のバイアス電圧ＶB が印加
される正電極２６が存在する。１次電子７が中性ガスに
衝突してイオン化する際に放出される２次電子は、前述
したようにエネルギーが比較的低く、しかも飛び出す方
向もばらばらであるので、プラズマ１４の近傍に正電極
２６が存在することによって、正電極２６付近の２次電
子は、異極性の正電極２６に吸引される。従ってその
分、プラズマ１４中に存在する２次電子の量は少なくな
る。 【００３８】ちなみに、フィラメント６から発生した１
次電子７は、指向性も比較的高く、かつ磁界２０に捕捉
されて磁界２０に沿ってＸ方向に運動（この例では反射
電極１０があるので往復運動）するので、１次電子７が
正電極２６に吸引される割合は、２次電子に比べれば遙
かに小さい。この割合をより小さくするためには、磁界
発生器１８による磁界２０をより強くして１次電子７を
当該磁界２０によってより強く捕捉するのが好ましい。
例えば前述したように、プラズマ生成容器２内における
磁界２０の強さを、１０ｍＴ〜５０ｍＴ程度にするのが
好ましい。 【００３９】２次電子は、前述したようにエネルギーが
比較的小さいので、多価イオンの生成には殆ど寄与せ
ず、専ら１価イオンの生成にしか寄与せず、このような
２次電子の量が正電極２６の存在によって減ることによ
って、その分、プラズマ１４中に生成される１価イオン
は減ることになる。これは見方を変えれば、プラズマ１
４中の多価イオンの比率が相対的に高くなることであ
る。 【００４０】上記（１）および（２）の作用によって、
プラズマ１４中の多価イオンの比率を高めることがで
き、ひいてはイオンビーム１６中に含まれる多価イオン
の比率を向上させることができる。その結果、イオンビ
ーム電流（イオンビーム引き出し量）全体を大きくしな
くても、多価イオンの引き出し量を多くすることができ
る。 【００４１】より具体例を示すと、図１に示すイオン源
において、リンの３価イオン（Ｐ3+）を引き出す実験を
行った。その結果を表１に示す。比較例は、バイアス電
源３２から出力するバイアス電圧ＶB を０Ｖにしたの
で、正電極２６を設けていない公知のイオン源に相当す
る。実施例は、この発明に従った例である。両者で実質
的なアーク電圧ＶS （前記数１および数２参照）を同じ
にしたのは、全体として見たプラズマ１４の密度を同じ
にして条件を同じにするためである。そのために実施例
では、アーク電源２４から出力するアーク電圧ＶA を０
Ｖにした。この場合は、バイアス電源３２が通常言うア
ーク電源の働きもすることになる。イオンビーム１６を
引き出すための引出し電圧は４０ｋＶとし、イオンビー
ム１６全体のビーム電流を比較例と実施例とで同じにな
るように運転して、そのイオンビーム１６中に含まれる
Ｐ3+イオンの比率を測定した。磁界２０の強さも、両方
の例とも約２４ｍＴで同じにした。 【００４２】 【表１】 【００４３】上記表に示すように、実質的なアーク電圧
ＶS および磁界２０の強さが同じであるにも拘わらず、
Ｐ3+イオンの比率は、実施例の方が比較例に比べて約３
倍に高まっている。従って、正電極２６を設けてそれに
正のバイアス電圧ＶB を印加することが、イオンビーム
１６中に含まれる多価イオンの比率を向上させることに
大きく寄与していることが分かる。 【００４４】正電極２６の形状は、図１〜図３に示した
もの以外でも良い。例えば、図５に示す例のように、Ｙ
−Ｚ平面における断面が円形をした丸い筒状または樋状
でも良い。あるいは同断面は楕円形でも良い。 【００４５】正電極２６のイオン引出し口４側の開口部
２６ｃは、図１〜図３に示す例のように、イオン引出し
口４側の面全体を開放したものでも良いし、例えば図５
に示す例のように、開口部２６ｃの幅Ｗを狭くしても良
い。開口部２６ｃの幅Ｗは、イオン引出し口４の幅程度
にまで狭くしても良い。要は、開口部２６ｃおよびイオ
ン引出し口４を通して、プラズマ１４からイオンビーム
１６を引き出すことができれば良いからである。このこ
とは、正電極２６の形状を問わず適用される。開口部２
６ｃの幅Ｗを上記のように狭くすると、プラズマ１４中
からイオンビーム１６として引き出すイオン以外のイオ
ンを正電極２６によってプラズマ１４側へ（即ちプラズ
マ生成容器２の中央側へ）押し戻す面積が増えてその押
し戻す作用を増大させることができるので、前記（１）
に示したイオンの押し戻し作用による多価イオンの生成
効率をより高めることができる。 【００４６】また、例えば図６に示す例のように、正電
極２６の上記各開口部２６ａ〜２６ｃを、正電極２６の
各壁面の全面に設けるのではなく一部分にのみ設けても
良い。即ち、各開口部２６ａ〜２６ｃの周りに壁面を残
しておいても良い。この場合の開口部２６ａおよび２６
ｂの大きさは、フィラメント６と反射電極１０との間で
１次電子７が往復運動することができる程度で良い。開
口部２６ｃの大きさは、プラズマ１４からイオン引出し
口４を通してイオンビーム１６を引き出すことができる
程度で良い。上記のようにすれば、プラズマ１４中から
イオンビーム１６として引き出すイオン以外のイオンを
正電極２６によってプラズマ１４側へ（即ちプラズマ生
成容器２の中央側へ）押し戻す面積がより増えてその押
し戻す作用をより増大させることができるので、前記
（１）に示したイオンの押し戻し作用による多価イオン
の生成効率をより一層高めることができる。 【００４７】なお、プラズマ生成容器２内へプラズマ１
４生成用の電子（１次電子）７を供給する電子発生源
は、図１に示した構成（即ち一つのフィラメント６）に
限られるものではなく、他の構成の電子発生源を採用し
ても良い。 【００４８】例えば、反射電極１０の代わりに、上記フ
ィラメント６と同様のフィラメント６をもう一つ設けて
も良い。 【００４９】また、各フィラメント６の背後に、プラズ
マ生成容器２から電気的に絶縁されていてフィラメント
６から放出された電子をプラズマ生成容器２の中央側へ
反射する反射電極をそれぞれ設けても良い。 【００５０】あるいは、特開２０００−９０８４４号公
報に記載されているような、カップ状陰極と、それを加
熱して電子を放出させるヒータ（フィラメント）とを備
える電子発生源を採用しても良い。 【００５１】あるいは、特開平９−３５６５０号公報に
記載されているような、小プラズマ生成室内でプラズマ
を生成し、そのプラズマから電子を引き出してそれをプ
ラズマ生成容器２内に供給する構成の電子発生源を採用
しても良い。 【００５２】 【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、上記正
電極およびバイアス電源を設けたことによって、正電極
によるプラズマ中のイオンの押し戻し作用と、正電極に
よるプラズマ中の２次電子の吸引作用とを奏することが
でき、この両作用によって、プラズマ中の多価イオンの
比率を高めることができ、ひいてはイオンビーム中に含
まれる多価イオンの比率を向上させることができる。そ
の結果、イオンビーム電流全体を大きくしなくても、多
価イオンの引き出し量を多くすることができる。
て、ガスを電子衝撃によって電離させてプラズマを生成
する電子衝撃型のイオン源に関し、より具体的には、引
き出すイオンビーム中に含まれる多価イオン（２価以上
のイオン。以下同じ）の比率を向上させる手段に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】電子衝撃型のイオン源には種々の方式の
ものがある。その一例として、特開平９−３５６４８号
公報には、磁界による電子の閉じ込めと反射電極による
電子の反射とを併用してプラズマ密度を高めるバーナス
型イオン源が記載されている。 【０００３】この種のイオン源から、２価以上の多価イ
オンを引き出して利用したいという要望がある。これ
は、多価イオンの場合は、１価イオンに比べて、同じ加
速電圧で価数倍（例えば２価イオンの場合は２倍）の加
速エネルギーを得ることができるので、高エネルギー化
が容易になる等の理由による。 【０００４】この種のイオン源において、多価イオンを
多く発生させるためには、通常、プラズマ中の平均電子
エネルギーを高める必要があり、そのために、（ａ）電
子閉じ込め磁場を強くする、（ｂ）プラズマ密度を上げ
る、または（ｃ）電子発生源からの１次電子のエネルギ
ーを高める、という手段が従来から試みられてきた。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上記プラズマ中の電子
は、電子発生源からの１次電子（そのエネルギーは、通
常は数十ｅＶ〜数百ｅＶ程度）と、当該１次電子が中性
ガスと衝突してそれをイオン化する際に放出される２次
電子（そのエネルギーは、通常は数ｅＶ〜十数ｅＶ程
度）とから成る。２次電子が更に中性ガスと衝突した際
に放出される電子（３次電子およびそれ以降の電子）
も、この明細書では一括して２次電子と呼ぶことにす
る。 【０００６】多価イオンの生成には、高いエネルギーの
電子が必要（例えば、２価イオン生成には数十ｅＶ以上
が必要）であるから、上記２次電子は殆ど寄与せず、殆
どは上記１次電子によって多価イオンが生成される。こ
れとは違って、１価イオンの生成には、多価イオン生成
ほどには高い電子エネルギーを必要としないので、上記
２次電子も大きく寄与する。 【０００７】ところが、上記（ａ）〜（ｃ）に示した手
段では、いずれも、１次電子だけでなく、２次電子も多
くなってしまうため、多価イオンを多く生成しようとす
ると１価イオンも多く生成されてしまい、イオン源から
引き出すイオンビーム中に含まれる多価イオンの比率は
殆ど向上しない。 【０００８】従って、多価イオンビーム量を多くしよう
とすると、イオンビーム電流全体を大きくせざるを得な
くなる。しかし、イオンビーム電流全体をあまり大きく
すると、イオン源の引出し電極系において、空間電荷効
果によるビーム電流制限や電極間における放電発生等の
不具合が発生するようになる。また、引出し電極系に引
出し電圧を供給する引出し電源に流れる電流も大きくな
るけれども、引出し電源の容量からそのような大電流を
出力することができなくなる。従って、イオンビーム電
流全体を大きくするには限界があり、そのような手段で
は多価イオンの量を増やすことは難しい。 【０００９】そこでこの発明は、プラズマ中ひいてはイ
オンビーム中に含まれる多価イオンの比率を向上させ、
それによって多価イオンの引き出し量を多くすることを
可能にすることを主たる目的としている。 【００１０】 【課題を解決するための手段】この発明のイオン源は、
ガスが導入されるものであってイオンビームを引き出す
イオン引出し口を有するプラズマ生成容器と、このプラ
ズマ生成容器内へ電子を供給して前記ガスを電子衝撃に
よって電離させてプラズマを生成する電子発生源と、こ
の電子発生源で発生した電子を前記プラズマ生成容器内
において閉じ込める磁界を発生させる磁界発生器と、前
記プラズマ生成容器内にそれから電気的に絶縁して設け
られていて、少なくとも前記磁界に沿う方向の両側およ
び前記イオン引出し口側の合計３箇所に開口部を有する
正電極と、この正電極に前記プラズマ生成容器に対して
正のバイアス電圧を印加する直流のバイアス電源とを備
えることを特徴としている。 【００１１】上記正電極およびバイアス電源を設けたこ
とによる主たる作用効果は、次の（１）および（２）で
ある。 【００１２】（１）正電極によるイオンの押し戻し作用 プラズマ生成容器内で生成されたプラズマ中のイオン
は、正電極の開口部以外の壁面では、正電極に印加され
る正のバイアス電圧によって、同極性であるから、プラ
ズマ側へ押し戻される。この押し戻されたイオンは、主
として電子発生源で発生した１次電子の衝突を受けて、
その価数が上がる。一般的に、ｎ価（ｎ≧２）のイオン
生成確率は、（ａ）中性ガスからｎ価イオンへの生成確
率よりも、（ｂ）ｎ−１価イオンからｎ価イオンへの生
成確率の方が遙かに大きい。このイオン源では、上記押
し戻されたイオン（即ち、既にイオン化しているもの）
を利用することによって上記（ｂ）の過程を効果的に利
用することができるので、多価イオンを効率良く生成す
ることができる。 【００１３】（２）正電極による２次電子の吸引作用 電子発生源で発生した１次電子は、磁界発生器による磁
界に捕捉されて当該磁界に沿って運動をして、その過程
で中性ガスと衝突してプラズマを生成する。この１次電
子は、前述したようにエネルギーが比較的高いので、１
価イオンの生成にも多価イオンの生成にも寄与する。 【００１４】上記のようにして生成されるプラズマの近
傍には、バイアス電源から正のバイアス電圧が印加され
る正電極が存在する。１次電子が中性ガスに衝突してイ
オン化する際に放出される２次電子は、前述したように
エネルギーが比較的低く、しかも飛び出す方向もばらば
らであるので、プラズマの近傍に正電極が存在すること
によって、正電極付近の２次電子は、異極性の正電極に
吸引される。従ってその分、プラズマ中に存在する２次
電子の量は少なくなる。ちなみに、電子発生源から発生
した１次電子は、指向性も比較的高く、かつ前記磁界に
捕捉されて磁界に沿って運動するので、１次電子が正電
極に吸引される割合は、２次電子に比べれば遙かに小さ
い。この割合をより小さくするためには、磁界発生器に
よる磁界をより強くして１次電子を当該磁界によってよ
り強く捕捉するのが好ましい。 【００１５】２次電子は、前述したようにエネルギーが
比較的小さいので、多価イオンの生成には殆ど寄与せ
ず、専ら１価イオンの生成にしか寄与せず、このような
２次電子の量が正電極の存在によって減ることによっ
て、その分、プラズマ中に生成される１価イオンは減る
ことになる。これは見方を変えれば、プラズマ中の多価
イオンの比率が相対的に高くなることである。 【００１６】上記（１）および（２）の作用によって、
プラズマ中の多価イオンの比率を高めることができ、ひ
いてはイオンビーム中に含まれる多価イオンの比率を向
上させることができる。その結果、イオンビーム電流
（イオンビーム引き出し量）全体を大きくしなくても、
多価イオンの引き出し量を多くすることができる。 【００１７】 【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオン源
の一例を示す断面図である。図２は、図１の線Ａ−Ａに
沿う拡大断面図である。図３は、図１中の正電極の斜視
図である。 【００１８】このイオン源は、簡単に言えば、公知のバ
ーナス型イオン源と呼ばれるものに、正電極２６および
バイアス電源３２を付加したことを特徴としている。 【００１９】詳述すると、このイオン源は、例えば直方
体状をしていて陽極を兼ねるプラズマ生成容器２を備え
ており、その内部にはプラズマ１４の生成用のガス（蒸
気の場合も含む）が導入される。このプラズマ生成容器
２のイオンビーム引出し方向Ｚ側の壁面（長辺壁）に
は、イオンビーム１６の引き出し用のイオン引出し口４
が設けられている。このイオン引出し口４は、例えばス
リット状をしている。 【００２０】プラズマ生成容器２の前記イオンビーム引
出し方向Ｚと直交するＸ方向の一方側の壁面（短辺壁）
内には、プラズマ生成容器２内へ電子（１次電子）７を
供給して前記ガスを電子衝撃によって電離させてプラズ
マ１４を生成する電子発生源として、この例ではＵ字状
のフィラメント６が設けられている。このフィラメント
６とプラズマ生成容器２との間は、絶縁物８によって電
気的に絶縁されている。なお、このＸ方向およびＺ方向
と直交する方向をＹ方向とする。 【００２１】プラズマ生成容器２のＸ方向の他方側の壁
面（短辺壁）内には、フィラメント６と相対向させて、
１次電子７を反射する対向反射電極１０が設けられてい
る。この対向反射電極１０とプラズマ生成容器２との間
は、絶縁物１２によって電気的に絶縁されている。この
対向反射電極１０は、この例のようにどこにも接続せず
に浮遊電位にする場合と、フィラメント６の一方端（例
えば、フィラメント電源２２の正極側端）に接続してフ
ィラメント電位にする場合とがある。 【００２２】プラズマ生成容器２の外部には、前記Ｘ方
向においてプラズマ生成容器２を両側から挟むように、
磁界発生器１８が設けられている。この磁界発生器１８
は、フィラメント６で発生した１次電子７を捕捉してプ
ラズマ１４の生成・維持の効率を高める磁界２０を、プ
ラズマ生成容器２内において前記Ｘ方向に沿って発生さ
せる。つまり、フィラメント６と反射電極１０との間を
結ぶ方向Ｘに沿って磁界２０を発生させる。但し磁界２
０の向きは、図示例とは逆でも良い。この磁界発生器１
８は、例えば電磁石である。プラズマ生成容器２内にお
ける磁界２０の強さは、この発明に係るイオン源ではあ
る程度強いのが好ましく、例えば１０ｍＴ〜５０ｍＴ程
度にする。 【００２３】フィラメント６には、それを加熱して１次
電子７を放出させるために、直流のフィラメント電源２
２から、直流のフィラメント電圧ＶF （例えば２〜４Ｖ
程度）が印加される。 【００２４】フィラメント６の一端とプラズマ生成容器
２との間には、両者間でアーク放電を生じさせるため
に、例えばフィラメント６を負極側にして、直流のアー
ク電源２４からアーク電圧ＶA （例えば４０〜１００Ｖ
程度）が印加される。 【００２５】上記のような構成に加えて更に、このイオ
ン源は、正電極２６およびバイアス電源３２を備えてい
る。 【００２６】正電極２６は、プラズマ生成容器２内に当
該プラズマ生成容器２から電気的に絶縁して設けられて
いる。この正電極２６は、少なくとも、前記磁界２０に
沿う方向（Ｘ方向）の両側および前記イオン引出し口４
側（イオンビーム引出し方向Ｚ側）の合計３箇所に開口
部２６ａ〜２６ｃ（図３参照）を有している。より具体
的には、正電極２６はこの例では、Ｘ方向の両側および
Ｚ方向の合計３面が開いていて、Ｙ−Ｚ平面における断
面が四角形をした四角い筒状、箱状または樋状をしてい
る。この正電極２６は、絶縁物２８によって電気的に絶
縁されてプラズマ生成容器２から支持されている。 【００２７】この正電極２６は、上記のような開口部２
６ａ〜２６ｃを有しているので、フィラメント６から発
生した１次電子７の運動、および、プラズマ１４からの
イオンビーム１６の引き出しを妨げない。即ち、フィラ
メント６から放出された１次電子７は、Ｘ方向の開口部
２６ａおよび２６ｂを通して、フィラメント６と反射電
極１０との間で磁界２０に沿って自由に往復運動させる
ことができ、それによってプラズマ１４を効率良く生成
することができる。また、イオン引出し口４側の開口部
２６ｃを通して、プラズマ１４はイオン引出し口４の近
傍にまで拡散することができるので、当該プラズマ１４
からイオン引出し口４を通してイオンビーム１６を効率
良く引き出すことができる。 【００２８】バイアス電源３２は、正電極２６に、プラ
ズマ生成容器２に対して（即ちプラズマ生成容器２の電
位を基準にして）正のバイアス電圧ＶB を印加する直流
電源である。正電極２６へは、この例では導体３０（図
２参照）を経由してバイアス電圧ＶB を印加する。この
バイアス電圧ＶB の大きさは、特に制限はないけれど
も、あまり大きくすると絶縁物２８等による電気絶縁が
難しくなるので、上は５００Ｖ程度が現実的である。下
は１Ｖからでも効果はある。従って、バイアス電圧ＶB
の大きさは、１Ｖ〜５００Ｖ程度の範囲内が好ましい。 【００２９】図４に、このイオン源における電位配置の
一例を模式的に示す。プラズマ生成容器２内に上記のよ
うなバイアス電圧ＶB が印加される正電極２６を設ける
と、プラズマ１４の電位は、ほぼバイアス電圧ＶB に相
当する電位になる。これは、プラズマは一般的に、当該
プラズマに近くて最も電位の高い導体の電位にプラズマ
電位が近づく性質を有しており、その導体がこの例では
正電極２６だからである。 【００３０】従って、このイオン源においては、実質的
なアーク電圧ＶS は、前記アーク電圧ＶA の向きを図示
のようにプラズマ生成容器２側を正にすると、次式で表
される。実質的なアーク電圧ＶS とは、１次電子７がフ
ィラメント６から放出されるときの当該電子７のエネル
ギーを決定する電圧のことであり、正電極２６およびバ
イアス電源３２を有していない公知のイオン源では前記
アーク電圧ＶA になる。なお、フィラメント電圧ＶF は
小さいのでここでは無視している。 【００３１】 【数１】ＶS ＝ＶB ＋ＶA 【００３２】但し、実質的なアーク電圧ＶS を確保する
ことができれば良いから、この発明に係るイオン源で
は、アーク電圧ＶA の向きを、図示例とは逆に、即ちプ
ラズマ生成容器２側を負にしても良く、その場合の実質
的なアーク電圧ＶS は次式で表される。この場合は、実
質的なアーク電圧ＶS を正に保つために、｜ＶB ｜＞｜
ＶA ｜にする。 【００３３】 【数２】ＶS ＝ＶB −ＶA 【００３４】上記正電極２６およびバイアス電源３２を
設けたことによる主たる作用効果は、次の（１）および
（２）である。 【００３５】（１）正電極２６によるイオンの押し戻し
作用 プラズマ生成容器２内で生成されたプラズマ１４中のイ
オンは、正電極２６の開口部２６ａ〜２６ｃ以外の壁面
では、正電極２６に印加される正のバイアス電圧ＶB に
よって、同極性であるから、プラズマ１４側へ（即ちプ
ラズマ生成容器２の中央側へ）押し戻される。この押し
戻されたイオンは、主としてフィラメント６で発生した
１次電子７の衝突を受けて、その価数が上がる。一般的
に、ｎ価（ｎ≧２）のイオン生成確率は、（ａ）中性ガ
スからｎ価イオンへの生成確率よりも、（ｂ）ｎ−１価
イオンからｎ価イオンへの生成確率の方が遙かに大き
い。このイオン源では、上記押し戻されたイオン（即
ち、既にイオン化しているもの）を利用することによっ
て上記（ｂ）の過程を効果的に利用することができるの
で、多価イオンを効率良く生成することができる。 【００３６】（２）正電極２６による２次電子の吸引作
用 フィラメント６からは磁界２０の方向Ｘに沿う方向に１
次電子７が多く放出される。この１次電子７は、磁界発
生器１８による磁界２０に捕捉されて当該磁界２０に沿
ってＸ方向に運動して、その過程で中性ガスと衝突して
プラズマ１４を生成する。この１次電子７は、前述した
ようにエネルギーが比較的高いので、１価イオンの生成
にも多価イオンの生成にも寄与する。 【００３７】上記のようにして生成されるプラズマ１４
の近傍には、公知のイオン源と違ってこのイオン源で
は、バイアス電源３２から正のバイアス電圧ＶB が印加
される正電極２６が存在する。１次電子７が中性ガスに
衝突してイオン化する際に放出される２次電子は、前述
したようにエネルギーが比較的低く、しかも飛び出す方
向もばらばらであるので、プラズマ１４の近傍に正電極
２６が存在することによって、正電極２６付近の２次電
子は、異極性の正電極２６に吸引される。従ってその
分、プラズマ１４中に存在する２次電子の量は少なくな
る。 【００３８】ちなみに、フィラメント６から発生した１
次電子７は、指向性も比較的高く、かつ磁界２０に捕捉
されて磁界２０に沿ってＸ方向に運動（この例では反射
電極１０があるので往復運動）するので、１次電子７が
正電極２６に吸引される割合は、２次電子に比べれば遙
かに小さい。この割合をより小さくするためには、磁界
発生器１８による磁界２０をより強くして１次電子７を
当該磁界２０によってより強く捕捉するのが好ましい。
例えば前述したように、プラズマ生成容器２内における
磁界２０の強さを、１０ｍＴ〜５０ｍＴ程度にするのが
好ましい。 【００３９】２次電子は、前述したようにエネルギーが
比較的小さいので、多価イオンの生成には殆ど寄与せ
ず、専ら１価イオンの生成にしか寄与せず、このような
２次電子の量が正電極２６の存在によって減ることによ
って、その分、プラズマ１４中に生成される１価イオン
は減ることになる。これは見方を変えれば、プラズマ１
４中の多価イオンの比率が相対的に高くなることであ
る。 【００４０】上記（１）および（２）の作用によって、
プラズマ１４中の多価イオンの比率を高めることがで
き、ひいてはイオンビーム１６中に含まれる多価イオン
の比率を向上させることができる。その結果、イオンビ
ーム電流（イオンビーム引き出し量）全体を大きくしな
くても、多価イオンの引き出し量を多くすることができ
る。 【００４１】より具体例を示すと、図１に示すイオン源
において、リンの３価イオン（Ｐ3+）を引き出す実験を
行った。その結果を表１に示す。比較例は、バイアス電
源３２から出力するバイアス電圧ＶB を０Ｖにしたの
で、正電極２６を設けていない公知のイオン源に相当す
る。実施例は、この発明に従った例である。両者で実質
的なアーク電圧ＶS （前記数１および数２参照）を同じ
にしたのは、全体として見たプラズマ１４の密度を同じ
にして条件を同じにするためである。そのために実施例
では、アーク電源２４から出力するアーク電圧ＶA を０
Ｖにした。この場合は、バイアス電源３２が通常言うア
ーク電源の働きもすることになる。イオンビーム１６を
引き出すための引出し電圧は４０ｋＶとし、イオンビー
ム１６全体のビーム電流を比較例と実施例とで同じにな
るように運転して、そのイオンビーム１６中に含まれる
Ｐ3+イオンの比率を測定した。磁界２０の強さも、両方
の例とも約２４ｍＴで同じにした。 【００４２】 【表１】 【００４３】上記表に示すように、実質的なアーク電圧
ＶS および磁界２０の強さが同じであるにも拘わらず、
Ｐ3+イオンの比率は、実施例の方が比較例に比べて約３
倍に高まっている。従って、正電極２６を設けてそれに
正のバイアス電圧ＶB を印加することが、イオンビーム
１６中に含まれる多価イオンの比率を向上させることに
大きく寄与していることが分かる。 【００４４】正電極２６の形状は、図１〜図３に示した
もの以外でも良い。例えば、図５に示す例のように、Ｙ
−Ｚ平面における断面が円形をした丸い筒状または樋状
でも良い。あるいは同断面は楕円形でも良い。 【００４５】正電極２６のイオン引出し口４側の開口部
２６ｃは、図１〜図３に示す例のように、イオン引出し
口４側の面全体を開放したものでも良いし、例えば図５
に示す例のように、開口部２６ｃの幅Ｗを狭くしても良
い。開口部２６ｃの幅Ｗは、イオン引出し口４の幅程度
にまで狭くしても良い。要は、開口部２６ｃおよびイオ
ン引出し口４を通して、プラズマ１４からイオンビーム
１６を引き出すことができれば良いからである。このこ
とは、正電極２６の形状を問わず適用される。開口部２
６ｃの幅Ｗを上記のように狭くすると、プラズマ１４中
からイオンビーム１６として引き出すイオン以外のイオ
ンを正電極２６によってプラズマ１４側へ（即ちプラズ
マ生成容器２の中央側へ）押し戻す面積が増えてその押
し戻す作用を増大させることができるので、前記（１）
に示したイオンの押し戻し作用による多価イオンの生成
効率をより高めることができる。 【００４６】また、例えば図６に示す例のように、正電
極２６の上記各開口部２６ａ〜２６ｃを、正電極２６の
各壁面の全面に設けるのではなく一部分にのみ設けても
良い。即ち、各開口部２６ａ〜２６ｃの周りに壁面を残
しておいても良い。この場合の開口部２６ａおよび２６
ｂの大きさは、フィラメント６と反射電極１０との間で
１次電子７が往復運動することができる程度で良い。開
口部２６ｃの大きさは、プラズマ１４からイオン引出し
口４を通してイオンビーム１６を引き出すことができる
程度で良い。上記のようにすれば、プラズマ１４中から
イオンビーム１６として引き出すイオン以外のイオンを
正電極２６によってプラズマ１４側へ（即ちプラズマ生
成容器２の中央側へ）押し戻す面積がより増えてその押
し戻す作用をより増大させることができるので、前記
（１）に示したイオンの押し戻し作用による多価イオン
の生成効率をより一層高めることができる。 【００４７】なお、プラズマ生成容器２内へプラズマ１
４生成用の電子（１次電子）７を供給する電子発生源
は、図１に示した構成（即ち一つのフィラメント６）に
限られるものではなく、他の構成の電子発生源を採用し
ても良い。 【００４８】例えば、反射電極１０の代わりに、上記フ
ィラメント６と同様のフィラメント６をもう一つ設けて
も良い。 【００４９】また、各フィラメント６の背後に、プラズ
マ生成容器２から電気的に絶縁されていてフィラメント
６から放出された電子をプラズマ生成容器２の中央側へ
反射する反射電極をそれぞれ設けても良い。 【００５０】あるいは、特開２０００−９０８４４号公
報に記載されているような、カップ状陰極と、それを加
熱して電子を放出させるヒータ（フィラメント）とを備
える電子発生源を採用しても良い。 【００５１】あるいは、特開平９−３５６５０号公報に
記載されているような、小プラズマ生成室内でプラズマ
を生成し、そのプラズマから電子を引き出してそれをプ
ラズマ生成容器２内に供給する構成の電子発生源を採用
しても良い。 【００５２】 【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、上記正
電極およびバイアス電源を設けたことによって、正電極
によるプラズマ中のイオンの押し戻し作用と、正電極に
よるプラズマ中の２次電子の吸引作用とを奏することが
でき、この両作用によって、プラズマ中の多価イオンの
比率を高めることができ、ひいてはイオンビーム中に含
まれる多価イオンの比率を向上させることができる。そ
の結果、イオンビーム電流全体を大きくしなくても、多
価イオンの引き出し量を多くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るイオン源の一例を示す断面図で
ある。 【図２】図１の線Ａ−Ａに沿う拡大断面図である。 【図３】図１中の正電極の斜視図である。 【図４】図１のイオン源における電位配置の一例を模式
的に示す図である。 【図５】正電極の他の例を示す斜視図である。 【図６】正電極の更に他の例を示す図であり、（Ａ）は
平面図、（Ｂ）はそのＣ−Ｃ断面図である。 【符号の説明】 ２ プラズマ生成容器 ４ イオン引出し口 ６ フィラメント（電子発生源） ７ 電子（１次電子） １０ 反射電極 １４ プラズマ １６ イオンビーム １８ 磁界発生器 ２０ 磁界 ２６ 正電極 ３２ バイアス電源
ある。 【図２】図１の線Ａ−Ａに沿う拡大断面図である。 【図３】図１中の正電極の斜視図である。 【図４】図１のイオン源における電位配置の一例を模式
的に示す図である。 【図５】正電極の他の例を示す斜視図である。 【図６】正電極の更に他の例を示す図であり、（Ａ）は
平面図、（Ｂ）はそのＣ−Ｃ断面図である。 【符号の説明】 ２ プラズマ生成容器 ４ イオン引出し口 ６ フィラメント（電子発生源） ７ 電子（１次電子） １０ 反射電極 １４ プラズマ １６ イオンビーム １８ 磁界発生器 ２０ 磁界 ２６ 正電極 ３２ バイアス電源
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ガスが導入されるものであってイオンビ
ームを引き出すイオン引出し口を有するプラズマ生成容
器と、このプラズマ生成容器内へ電子を供給して前記ガ
スを電子衝撃によって電離させてプラズマを生成する電
子発生源と、この電子発生源で発生した電子を前記プラ
ズマ生成容器内において閉じ込める磁界を発生させる磁
界発生器と、前記プラズマ生成容器内にそれから電気的
に絶縁して設けられていて、少なくとも前記磁界に沿う
方向の両側および前記イオン引出し口側の合計３箇所に
開口部を有する正電極と、この正電極に前記プラズマ生
成容器に対して正のバイアス電圧を印加する直流のバイ
アス電源とを備えることを特徴とするイオン源。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001351649A JP4175604B2 (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | イオン源 |
| KR10-2002-0071107A KR100497825B1 (ko) | 2001-11-16 | 2002-11-15 | 이온원 |
| US10/294,813 US6696793B2 (en) | 2001-11-16 | 2002-11-15 | Ion source |
| TW091133489A TW591683B (en) | 2001-11-16 | 2002-11-15 | Ion source |
| CNB021606099A CN1215520C (zh) | 2001-11-16 | 2002-11-16 | 离子源 |
| GB0226825A GB2387266B (en) | 2001-11-16 | 2002-11-18 | Ion Source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001351649A JP4175604B2 (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003151452A true JP2003151452A (ja) | 2003-05-23 |
| JP4175604B2 JP4175604B2 (ja) | 2008-11-05 |
Family
ID=19163932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001351649A Expired - Fee Related JP4175604B2 (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | イオン源 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6696793B2 (ja) |
| JP (1) | JP4175604B2 (ja) |
| KR (1) | KR100497825B1 (ja) |
| CN (1) | CN1215520C (ja) |
| GB (1) | GB2387266B (ja) |
| TW (1) | TW591683B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105655217A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-06-08 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源 |
| KR20180102017A (ko) * | 2017-03-06 | 2018-09-14 | 스미도모쥬기가이 이온 테크놀로지 가부시키가이샤 | 이온생성장치 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2407433B (en) * | 2003-10-24 | 2008-12-24 | Applied Materials Inc | Cathode and counter-cathode arrangement in an ion source |
| US7081711B2 (en) * | 2003-10-28 | 2006-07-25 | Applied Pulsed Power, Inc. | Inductively generated streaming plasma ion source |
| US7122966B2 (en) * | 2004-12-16 | 2006-10-17 | General Electric Company | Ion source apparatus and method |
| US7446326B2 (en) * | 2005-08-31 | 2008-11-04 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Technique for improving ion implanter productivity |
| WO2007025348A1 (en) * | 2005-09-02 | 2007-03-08 | Australian Nuclear Science & Technology Organisation | An isotope ratio mass spectrometer and methods for determining isotope ratios |
| CN101510493B (zh) * | 2008-11-18 | 2010-06-02 | 清华大学 | 一种低温等离子体直接离子化样品的方法及其离子源 |
| CN104480447A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-01 | 北京中科信电子装备有限公司 | 一种多功能离子源 |
| FR3045206B1 (fr) * | 2015-12-10 | 2020-01-03 | Ion Beam Services | Procede de commande pour un implanteur fonctionnant en immersion plasma |
| US9691584B1 (en) * | 2016-06-30 | 2017-06-27 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Ion source for enhanced ionization |
| US11120966B2 (en) | 2019-09-03 | 2021-09-14 | Applied Materials, Inc. | System and method for improved beam current from an ion source |
| US11232925B2 (en) | 2019-09-03 | 2022-01-25 | Applied Materials, Inc. | System and method for improved beam current from an ion source |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3368695B2 (ja) * | 1994-10-05 | 2003-01-20 | 日新電機株式会社 | イオン源 |
| JPH0935648A (ja) | 1995-07-21 | 1997-02-07 | Nissin Electric Co Ltd | イオン源 |
| JPH09129152A (ja) | 1995-10-27 | 1997-05-16 | Nissin Electric Co Ltd | 高周波イオン源 |
| US5661308A (en) * | 1996-05-30 | 1997-08-26 | Eaton Corporation | Method and apparatus for ion formation in an ion implanter |
| JPH1027553A (ja) | 1996-07-10 | 1998-01-27 | Nissin Electric Co Ltd | イオン源 |
| JP2001037650A (ja) * | 1999-07-30 | 2001-02-13 | Osaka Gas Co Ltd | グリルの焼き網の構造 |
| JP3716700B2 (ja) * | 2000-02-25 | 2005-11-16 | 日新電機株式会社 | イオン源およびその運転方法 |
| JP3405321B2 (ja) | 2000-04-26 | 2003-05-12 | 日新電機株式会社 | イオン源の運転方法およびイオンビーム照射装置 |
| JP3797160B2 (ja) * | 2000-11-09 | 2006-07-12 | 日新イオン機器株式会社 | イオン源およびその運転方法 |
-
2001
- 2001-11-16 JP JP2001351649A patent/JP4175604B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-11-15 TW TW091133489A patent/TW591683B/zh not_active IP Right Cessation
- 2002-11-15 US US10/294,813 patent/US6696793B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-11-15 KR KR10-2002-0071107A patent/KR100497825B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2002-11-16 CN CNB021606099A patent/CN1215520C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2002-11-18 GB GB0226825A patent/GB2387266B/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105655217A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-06-08 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源 |
| KR20180102017A (ko) * | 2017-03-06 | 2018-09-14 | 스미도모쥬기가이 이온 테크놀로지 가부시키가이샤 | 이온생성장치 |
| JP2018147723A (ja) * | 2017-03-06 | 2018-09-20 | 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 | イオン生成装置 |
| TWI744495B (zh) * | 2017-03-06 | 2021-11-01 | 日商住友重機械離子科技股份有限公司 | 離子產生裝置 |
| KR102481642B1 (ko) * | 2017-03-06 | 2022-12-28 | 스미도모쥬기가이 이온 테크놀로지 가부시키가이샤 | 이온생성장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4175604B2 (ja) | 2008-11-05 |
| KR100497825B1 (ko) | 2005-07-01 |
| US20030094902A1 (en) | 2003-05-22 |
| CN1420521A (zh) | 2003-05-28 |
| US6696793B2 (en) | 2004-02-24 |
| TW591683B (en) | 2004-06-11 |
| TW200300949A (en) | 2003-06-16 |
| GB2387266B (en) | 2004-04-07 |
| CN1215520C (zh) | 2005-08-17 |
| KR20030041095A (ko) | 2003-05-23 |
| GB0226825D0 (en) | 2002-12-24 |
| GB2387266A (en) | 2003-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102332684B1 (ko) | 간접 가열식 이온 소스 및 버나스 이온 소스 | |
| JP2003151452A (ja) | イオン源 | |
| JP3716700B2 (ja) | イオン源およびその運転方法 | |
| TWI755036B (zh) | 用於改善束電流之系統以及方法的離子源 | |
| KR102646737B1 (ko) | 간접 가열식 캐소드 이온 소스 및 이를 동작시키는 방법 | |
| JPS5960899A (ja) | イオン・エネルギ−回収装置 | |
| JP2004530268A (ja) | イオンソースフィラメントおよび方法 | |
| US6501081B1 (en) | Electron flood apparatus for neutralizing charge build up on a substrate during ion implantation | |
| JP3387488B2 (ja) | イオンビーム照射装置 | |
| JP3079869B2 (ja) | イオン源 | |
| JPH07169425A (ja) | イオン源 | |
| JP5257399B2 (ja) | イオン源及びイオン注入装置 | |
| JP2019003899A (ja) | イオン生成装置及びイオン生成方法 | |
| JP4314471B2 (ja) | イオン質量分離装置 | |
| JP3213135B2 (ja) | 高速原子線源 | |
| US10170270B1 (en) | Ion source | |
| RU2239257C1 (ru) | Диодный узел для генератора сверхвысокочастотного излучения | |
| JPH117899A (ja) | イオン注入装置 | |
| JPH0410343A (ja) | チヤージアツプ抑制機構 | |
| JPH02172138A (ja) | イオン源 | |
| JPH04301343A (ja) | 電子銃 | |
| JP2010238487A (ja) | 負イオン源 | |
| JPS6388740A (ja) | イオン銃 | |
| JPH0755999A (ja) | 高速原子線源 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040421 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050630 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050809 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050928 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20051220 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060111 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061212 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070131 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20070219 |
|
| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20070615 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080818 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110829 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4175604 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110829 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120829 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120829 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130829 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140829 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |